Технологическое обеспечение равномерности покрытий для деталей гироскопических приборов на установках магнетронного напыления (1026305), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Возможности, ожидаемые применениемалюминиевого покрытия, а также покрытий на основе соединений алюминияочевидны из рассмотрения последующих результатов экспериментальныхисследований. Кроме применения в качестве материала маски, покрытие TiAl,разработанное в рамках выполнения работы, нашло также применение в качествематериала,обеспечивающегооперациисборкикорпусныхдеталейизалюминиевых сплавов методом пайки и сохранением свойств коррозионнойстойкости изделий (опыты №56, 57, 52, 50, 49, 37, 40, 41).Необходимо отметить, что обеспечение равномерности толщины покрытияостаётся важнейшей задачей и в этом применении разработанной технологии.1534.1.3. Анализ результатов напыления меди, а также алюминия и егосоединенийРавномерностьправильноготолщиныпокрытийфункционированиядеталей,важнатакжеответственныхдлязаобеспеченияпротеканиеэлектрического тока определенной величины.
Примером таких деталей являютсяплавкие предохранители, а результаты напыления токопроводящего металла –меди – представлены в Таблице 9. Как можно видеть, анализируя результатыопыта №36, подобраны рациональные режимы нанесения тонкопленочногомедного покрытия.Отличительной особенностью режима являются приложение достаточновысокого опорного напряжения (800 В) к карусели в процессе напыления подслоямеди. По-видимому, в данном случае сильное электрическое поле способствуетблагоприятному формированию первых слоёв атомов меди, ложащихся наподложку. Обеспечивается минимизация и островковость тонкого (имеющегонаноразмерную толщину) слоя меди.Кроме высокой электропроводности, медь как функциональный материал,обладает ещё одним качеством – обеспечение хорошей паяемости при созданиинеразъёмных соединений пайкой.
В отрасли существуют технологические задачисоздания паяных конструкций экранов и экранирующих кожухов. Однако, исходяиз требований к минимизации веса изделий, указанные детали изготавливаются изалюминиевых сплавов. Нанесение функционального медного покрытия решаетзадачу паяемости алюминиевых сплавов.Установленныерациональныережимынапылениямедипозволилисоздавать качественное покрытие на деталях сложной формы. При относительнойблизости формы пластины детали к плоской, как это имело место в опыте №54,хорошие результаты обеспечиваются применением того же режима напыления,что и для плоской детали из опыта №36.При значительном отклонении формы напыляемой детали от плоскойрекомендуется применять следующий рациональный режим нанесения меди(опыт №55):154– Вначале производят ионно-плазменное травление напыляемой поверхности.В случае алюминиевой подложки это позволяет удалить защитную окиснуюплёнку иактивизироватьадгезионныесвойства,присущиечистомуалюминию.– Затем, наносят подслой хрома.
Хром известен как материал, обладающийнаивысшими адгезионными свойствами [87]. Подслой хрома решаетпроблему сцепления меди с алюминиевой подложкой на её неплоскостныхучастках. Сам же подслой хрома рекомендуется наносить в два перехода,применяя на первом переходе высокое опорное напряжение, которое всочетании с низким уровнем катодного тока магнетрона обеспечиваетнаивысшую гомогенность наноразмерного слоя хрома.– Далее, на подслой хрома наносят медь, напыляя её с применениемрациональных режимов.Цветные металлы с высокой электропроводимостью, такие как медь,находят применение не только в электротехнике, электронике и точномприборостроении, но также и в оптике, в частности, при создании оптическихфильтров, принцип действия которых основан на плазмонных эффектах [86, 88].Плазмонамиметаллическихназываютпокрытиях.поверхностныеНарядусэлектромагнитныемедью,материаломволныдлянасозданияплазмонных эффектов на поверхностях деталей дифракционной оптики являетсяалюминий.В Таблице 13 приведены результаты отработки режимов созданиякачественного покрытия из алюминия.
Можно видеть, что операции напыленияалюминия состоит из двух переходов – создания подслоя и нанесения собственнопокрытия. Как и в случае с напылением подслоя меди, подслой алюминиярекомендуется напылять при высоком опорном напряжении и малом токе катодана каждом из магнетронов дуальной системы.Собственно слой алюминия может наноситься в течение 4-х часов идостигать толщины 16 мкм (опыт №35). Следовательно, скорость напыленияалюминия составляет q = 67 нм/мин. При этом наибольшую ценность с точки155зрения создания плазмонных эффектов представляет диапазон толщин от 40 до 80нм.При возможностях применяемой наладки установки Unicoat600 такаятолщинаалюминиевогопокрытиясоответствуетвозвратно-вращательнымдвижениям карусели в количестве от 5 до 10.Продолжаятематикусозданияплазмонныхэффектовнаизделияхдифракционной оптики, вкратце опишем конструкцию оптического фильтра,которым является так называемая плазмонная дифракционная решетка.
Вначаленаповерхностиоптическогоматериала(кварцевогостекла)создаютдифракционную решетку путём вытравливания стекла из канавок, обеспечиваяпериод d = 400…600 нм при глубине канавок 40…50 нм. Далее на получившийсярельеф напыляют слой из таких металлов как золото, серебро, медь, алюминий,причём толщина слоя составляет примерно 40 нм. Наконец, на полученныймеандровый рельеф напыляют слой диэлектрика толщиной 20…50 нм.В итоге, при освещении такой структуры пучком света под некоторым угломпадения, обеспечивается выведение узкой части спектра, т. е.
такая структураработает как оптический фильтр.Учитываявышеизложенное,становитьсяочевиднойнеобходимостьразработки технологии напыления на установке Unicoat600, принятой за базовуюэкспериментальную в данной работе, также и диэлектрических покрытий.Результаты поисковых работ по напылению диэлектрических покрытий,создаваемых нитридами и нитрид-оксидами алюминия, приведены в Таблицах 11и 12. Критериями для оценки функциональности создаваемых покрытий явиласьих электрическая прочность, т.
е. диэлектрические свойства. Нитриды и нитридоксиды алюминия создавались введением в плазмообразующий газ – аргон –дополнительно азота и кислорода.Можно видеть (опыт №33), что путём реализации многоступенчатогопроцесса удалось получить качественное покрытие нитрида алюминия толщиной5 мкм. При этом покрытие является диэлектриком. Следует обратить внимание наприменение высокого опорного напряжения 800 В при создании подслоя. Кроме156того установлено, что нанесение самого слоя диэлектрика следует производить за2…3 перехода, отключая на последнем, наиболее продолжительном, переходеопорное напряжение.Удалось получить диэлектрическое покрытие толщиной 5 мкм за времянапыления 2 часа. Скорость роста покрытия, составила q = 42 нм/мин.
Такимобразом, требуемые для плазмонных устройств толщина диэлектрика могут бытьполучена за 5…10 возвратно-вращательных движений карусели.4.1.4. Возможности ионно-плазменного травления на установкемагнетронного напыления UniCOAT600+Посколькуконструкцияустановкимагнетронногораспыленияпредусматривает использование ИИ, возникает предложение о примененииионно-плазменного травления для формирования на деталях приборов элементовтипа выступов и впадин.
Результаты приведенных в этом направлении опытовпредставлены в Таблице 15. В частности, в результате опыта №20 былополностью удалено алюминиевое покрытие.Особенный интерес представляют результаты опыта №25, в процессереализации которого удалось стравить кварцевое стекло КУ-1 на глубину 1 мкм,применяя маску из нанесенного нами же покрытия TiAl.Более того, повысив давление в вакуумной камере с 0,07 Па до 0,75 Па(опыт №26), удалось через маску из покрытия TiAl стравить кварцевое стекломарки КУ-1 на глубину 2 мкм.Несмотря на то, что такая глубина травления для пластины подвеса МАмала, тем не менее, найденные рациональные режимы ионно-плазменноготравления могут, по нашему мнению, найти применение при изготовлениидеталей дифракционной оптики, поскольку диапазон длин волн видимой частиспектра составляет λ = 400…800 нм.
При этом даже глубина 100…120 нм дляпериодических канавок приводит к желаемым оптическим эффектам.Можно отметить ещё одну важную особенность ионно-плазменноготравления – оно показывает, что алюминий в качестве материала маскинепригоден, поскольку он стравливается с такой же скоростью, как и основной157материал подложки – кварцевое стекло. В тоже время, отработанное в рамкахвыполнения данной работы покрытие TiAl успешно противостоит ионнопламенному травлению и может быть использовано в качестве материала маскидля формирования выступов и впадин на пластине подвеса МА методомплазмохимического травления на соответствующих установках.Отметим также, что ионно-плазменное травление не в состоянии очиститьповерхность подложки от сильных загрязнений (опыт №48).4.1.5.
Анализ результатов ПХТ кварца с масками из покрытий Cr и TiAlРезультаты ПХТ кварца через титан-алюминиевую и хромовую маскипредставлены на Рис. 4.2 [94], из рассмотрения которого видно, что достигнутаглубина травления на кварце H = 17 мкм, что аналогично [84]. Это значит, чтотонкопленочное хромовое покрытие, будучи использовано в качестве материаламаски, характеризуется селективностью травления относительно кварцаr=Hh Исх -Cr=17» 18,5 .0,92Следовательно, для получения глубины травления, обеспечивающейзаданную чертежом детали – пластины акселерометра – высоту столбиков 30 мкмнеобходимо нанести тонкопленочное хромовое покрытие толщиной hCr = 1,6 мкм.Повысить селективность травления кварца относительно хромовой маскиможно за счет оптимизации режимов ПХТ.
При этом для получения на порядокбольших глубин травления понадобится нанесение тонкопленочного покрытия изхроматолщиной15…20мкм.Однако,обеспечениетакихтолщинтонкопленочного хромового покрытия проблематично.На титан-алюминиевой маске достигнута величина травления в 250 мкм,что позволяет говорить о величине селективности травления относительно кварцаr=Hh Исх -TiAl=250» 26,3 .9,5В перспективе достижения глубины травления в 250 мкм при изготовлениипластины МА необходимо будет нанести покрытие TiAl толщиной 10 мкм.Действительно, результаты экспериментальных исследований (Рис. 4.2,158график 2) свидетельствуют о том, что выступы высотой 30 мкм на пластине МА(см.
Рис. 1.5) могут быть сформированы методом ПХТ с использованием вкачестве материала маски покрытие TiAl, полученное методами тонкопленочнойтехнологии. А для получения требуемых точностных характеристик элементовпластины МА, формируемых ПХТ, необходимо обеспечить равномерностьтолщины тонкопленочного покрытия, используемого в качестве маски.Более того, полученные экспериментальные результаты (Рис. 4.2, график 1)позволяют утверждать, что аналогичным методом могут быть получены ипредусмотренные конструкцией той же пластины перемычки, формируемыеуглублениями в 250 мкм.80721645648Н, мкм240322431648020406080100120140 160 180 200 220 240 260 280 300t, мин.Рис.
4.2. Графики травления кварца через различные металлические маски1, 2 – пластина покрытая TiAl; 3, 4 – пластина покрытая CrНеобходимооптимизироватьрежимыработыустановкисновымматериалом – TiAl – по сравнению с материалом, использовавшимся влитературных источниках – Cr, т. к. для достижения глубины травления в 250 мкмнеобходимыдополнительныеисследования.Плюсковсемунеобходимопроработать вопрос по минимизировании роста полимерной пленки, появлениекоторой связано с особенность работы установки травления.1594.2. Анализ результатов математического моделированиякинематики процесса напыленияРассмотрение графиков на Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
